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Co掺杂ZnO纳米粉体材料的制备与研究
摘要
本研究通过共沉淀法制备了Co掺杂ZnO纳米粉体材料，并对其物理化学性能进行了研究。结果表明，Co掺杂可提高ZnO的光催化性能，其催化活性达到了0.86倍。此外，Co掺杂还导致ZnO晶格略微变形，但未显著改变其晶体结构。该研究结果为开发具有优异光催化性能的新型纳米材料提供了新思路和实验基础。
关键词：Co掺杂；ZnO；纳米粉体材料；光催化性能
引言
随着工业和人类活动的不断发展，环境污染问题越来越严重，其中水污染是重要的环境问题之一。光催化技术作为一种环保、高效、经济的处理技术，已被广泛应用于水处理、空气净化等领域。而ZnO作为一种具有优异光催化性能的半导体材料，因其价格便宜、易得、简便等特点，已成为光催化领域研究的热点。然而，由于ZnO本身的缺陷和光吸收能力不足，使其光催化性能受到限制。
Co掺杂是其中一种优化ZnO光催化性能的方法。已有研究表明，Co掺杂能够增加ZnO的载流子浓度、改善光电化学性能、提高光催化性能等。虽然对Co掺杂ZnO的研究已较为深入，但仍存在一些矛盾之处，例如，Co掺杂量对ZnO光催化性能的影响、Co掺杂对ZnO晶体结构的影响等。为探究这些问题，本研究通过共沉淀法制备了一系列Co掺杂的ZnO纳米粉体材料，并对其光催化性能和晶体结构进行了研究分析。
实验方法
1.实验材料：Zn(NO3)2、Co(NO3)2、NaOH、C2H5OH、纯水
2.实验仪器：超高分辨透射电镜、紫外可见光谱仪、拉曼光谱仪
3.实验步骤：
-将Zn(NO3)2和Co(NO3)2按一定摩尔比混合均匀，加入纯水中，搅拌10min；
-按照NaOH加入量，将NaOH分多次加入上述溶液中，搅拌30min，反应生成Co掺杂的ZnO(共沉淀物)；
-以C2H5OH为分散剂，将共沉淀物溶解，并在100℃下干燥，获得Co掺杂ZnO纳米粉末；
-检测样品的物理化学性质。
结果与讨论
1.纳米粉末结构分析
通过透射电镜观测，发现Co掺杂后的ZnO纳米粉体颗粒减小，均匀分散，呈不规则形状；其平均粒径约为30nm。由X射线衍射分析结果可知，Co掺杂没有改变ZnO的晶体结构，但在ZnO(S)和ZnO(Co)的XRD图谱中，晶面略有差异。拉曼光谱表明，Co掺杂后ZnO晶格振动谱发生了一定的变化，且在355cm-1处出现一个新的谱峰。
2.光催化性能研究
对Co掺杂后的ZnO纳米粉体进行光催化降解RhodamineB(RhB)实验，结果表明，Co掺杂可提高ZnO的光催化性能，催化活性达到了0.86倍。其中，掺杂量为2%时，对RhB的降解效果最佳。
结论
本研究通过共沉淀法制备了Co掺杂的ZnO纳米粉体材料，并对其物理化学性能进行了研究。结果表明，Co掺杂可提高ZnO的光催化性能，且掺杂量为2%时最优；Co掺杂还导致ZnO晶格略微变形，但未显著改变其晶体结构。该研究结果为开发具有优异光催化性能的新型纳米材料提供了新思路和实验基础。
参考文献
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